Desenvolvimento de um contador digital com leitura de harmónicos

Abstract

A qualidade da energia entregue aos consumidores finais possui um papel preponderante na sociedade atual. Nos dias de hoje, é cada vez mais importante utilizar a energia disponível da forma mais eficiente possível. A qualidade da energia tem vindo a ser alvo de grande interesse por parte da comunidade científica, tendo mesmo sido objeto de muitos estudos e investigações. Os avanços tecnológicos na área de sistemas de energia permitiram uma melhor mitigação dos problemas que afetam a rede, e, como consequência, a eficiência da distribuição de energia tem vindo a ser gradualmente melhorada. O objetivo desta dissertação passa por descobrir os efeitos dos harmónicos, nos contadores de energia elétrica de baixa tensão, bem como desenvolver um módulo eficiente para a leitura da energia consumida e de possuir a capacidade de fazer a verificação dos harmónicos presentes no sistema. Os dois tipos de medidores de energia elétrica mais utilizados na rede de baixa tensão são o eletromecânico e o digital. Regra geral, os contadores digitais são bastante mais precisos e exatos do que os eletromecânicos e os efeitos da distorção harmónica são bastante mais percetíveis nos contadores eletromecânicos. A diferença entre eles poderá não ser muito relevante em baixa tensão, mas para média tensão deve ser considerada, principalmente para consumidores industriais. Esta diferença, deve-se ao facto de os contadores eletromecânicos se encontrarem calibrados para serem utilizados para funcionarem em condições sinusoidais, o que não acontece. Para efetuar a leitura do consumo das cargas, foram utilizados dois sensores (corrente e tensão), devidamente acoplados a um sistema de acondicionamento de sinal de forma a serem corretamente lidos pelo ADC. Para efetuar a análise das leituras foi utilizado o DSP TMS320F28027 da Texas Instruments.

The quality of the power delivered to the final consumer has a hugely significant role in today's society, for it's becoming increasingly more important to utilize the still available energy in the most efficient way possible. A target of great interest by the scientific community, power quality has been the object of many scientific studies and investigations. The technological advances in energy systems have allowed for a better mitigation of issues affecting the grid and as a result, energy distribution has been gradually improved, becoming more and more efficient. The main purpose of this dissertation is to figure out the effects of harmonics in lower voltage electrical meters, aswell as developing an efficient module for accounting consumed energy and for verifying harmonics present in the system. There are two types of electrical energy meters more commonly used in lower voltage grids, which are electromechanical and digital. The effects of harmonic distortion are a lot more perceptible in electromechanical meters. Although the difference between the two isn't very significant in low voltage, it must be accounted for when it comes to medium voltage, especially for industrial consumers. Said difference is owed to the fact that electromechanical meters are calibrated to be used in sinusoidal conditions, which mostly ends up not happening. As to perform a proper reading of the consumption of the loads, two sensors (current and voltage) were used, properly tied to a signal conditioning system as to be properly read by the ADC. The analysis of the readings was done via a Texas Instruments' DSP TMS320F28027.